CN110531146B - 三相载波通信模块的过零检测装置、方法及计算机存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三相载波通信模块的过零检测装置、方法及计算机存储介质，其包括：PLC模组和切换开关。PLC模组包括第一GPIO接口、第二GPIO接口、第三GPIO接口以及第四GPIO接口。切换开关的控制引脚与第一GPIO接口相连，切换开关包括第一组二路模拟开关、第二组二路模拟开关、第三组二路模拟开关，分别连接三相载波通信模块的插拔检测信号端、A相过零检测信号端、12V掉电检测信号端、B相过零检测信号端、事件检测信号端、C相过零检测信号端，并且第一组二路模拟开关与第二GPIO接口相连，第二组二路模拟开关与第三GPIO接口以及第三组二路模拟开关与第四GPIO接口相连。该三相载波通信模块的过零检测装置节约了GPIO资源，并且电路设计简单。
Description
技术领域
本发明是关于智能电网通信技术领域，特别是关于一种三相载波通信模块的过零检测装置、方法及计算机存储介质。
背景技术
近年来，随着国家电网公司智能电网建设的推进，用电信息采集系统正在逐步完善。HPLC(低压电力线宽带载波通信)技术正在逐渐被广泛应用起来，HPLC技术的最大优势在于可以利用现有完善的且遍及广泛的电力线，从而可以大大节省通信工程投入和施工时间，能使接入网迅速延伸到拥有电力线的地方。
对于HPLC三相通信模块来说，三相过零网络基准时间值的采集十分重要，它为相位识别、台区识别等各种必要的功能提供了基础数据。而且三相过零采集对实时性和精度也要求很高，通常需要精确到微秒级。
三相网络基准时间采集一般是需要利用中断采集的，而且相邻相位的最小间隔短(单沿采集6.6ms，双沿采集3.3ms)，所以一般都需要三个GPIO管脚作为中断输入。对于GPIO管脚资源有限的芯片，这就是很大资源占用。
以三相网络基准时间采集和三个电平信号采集为例，现有技术方案的分配方法通常是每个GPIO对应一个信号源，一共需要6个GPIO。
现有技术只有挤压其他功能对GPIO的需求，或者利用复杂的软件流程去实现三相网络基准时间采集共享GPIO，但这会增加系统运行压力和影响采集准确性、实时性。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种三相载波通信模块的过零检测装置，其采用4个GPIO硬件资源实现了三相网络基准时间和三个电平信号的采集，节约了GPIO资源，并且电路设计简单。
为实现上述目的，本发明提供了一种三相载波通信模块的过零检测装置，其包括：PLC模组和切换开关。PLC模组包括第一GPIO接口、第二GPIO接口、第三GPIO接口以及第四GPIO接口。切换开关的控制引脚与所述第一GPIO接口相连，所述切换开关包括第一组二路模拟开关、第二组二路模拟开关、第三组二路模拟开关，其中，所述第一组二路模拟开关的一路开关连接所述三相载波通信模块的插拔检测信号端，所述第一组二路模拟开关的另一路开关连接所述三相载波通信模块的A相过零检测信号端，第二组二路模拟开关的一路开关连接所述三相载波通信模块的12V掉电检测信号端，所述第二组二路模拟开关的另一路开关连接所述三相载波通信模块的B相过零检测信号端，所述第三组二路模拟开关的一路连接所述三相载波通信模块的事件检测信号端，所述第三组二路模拟开关的另一路连接所述三相载波通信模块的C相过零检测信号端，并且所述第一组二路模拟开关与所述第二GPIO接口相连，所述第二组二路模拟开关与所述第三GPIO接口以及所述第三组二路模拟开关与所述第四GPIO接口相连。
其中所述切换开关的控制引脚输出第一控制信号使得所述三相载波通信模块的A相过零检测信号端、B相过零检测信号端以及C相过零检测信号端均接入电路；所述切换开关的控制引脚输出第二控制信号使得所述三相载波通信模块的插拔检测信号端、12V掉电检测信号端以及事件检测信号端均接入电路。
本发明还提供了一种针对上述三相载波通信模块的过零检测装置的检测方法，该检测方法包括：将所述第二GPIO接口、所述第三GPIO接口以及所述第四GPIO接口的方向寄存器设置为输入，并设为中断有效；将所述第一GPIO接口的方向寄存器设置为输出，并向所述切换开关的控制引脚输出第一控制信号使得所述三相载波通信模块的A相过零检测信号端、B相过零检测信号端以及C相过零检测信号端接入电路；当A相过零检测信号端的中断信号到来时，采集A相位的过零网络基准时间信息；所述第一GPIO接口向所述切换开关的控制引脚输出第二控制信号使得所述三相载波通信模块的插拔检测信号端、12V掉电检测信号端以及事件检测信号端接入电路；进行插拔检测信号、12V掉电检测信号以及事件检测信号的信息采集；所述第一GPIO接口向所述切换开关的控制引脚输出所述第一控制信号使得所述三相载波通信模块的A相过零检测信号端、B相过零检测信号端以及C相过零检测信号端接入电路；当B相过零检测信号端的中断信号到来时，采集B相位的过零网络基准时间信息；所述第一GPIO接口向所述切换开关的控制引脚输出第二控制信号使得所述三相载波通信模块的插拔检测信号端、12V掉电检测信号端以及事件检测信号端接入电路；进行插拔检测信号、12V掉电检测信号以及事件检测信号的信息采集；所述第一GPIO接口向所述切换开关的控制引脚输出所述第一控制信号使得所述三相载波通信模块的A相过零检测信号端、B相过零检测信号端以及C相过零检测信号端接入电路；当C相过零检测信号端的中断信号到来时，采集C相位的过零网络基准时间信息。
在本发明的一实施方式中，所述检测方法还包括：通过超时定时器周期性检测所述插拔检测信号、12V掉电检测信号以及事件检测信号的信息采集次数是否发生变化，若没有变化，则所述第一GPIO接口向所述切换开关的控制引脚输出所述第二控制信号使得所述三相载波通信模块的插拔检测信号端、12V掉电检测信号端以及事件检测信号端接入电路，并且进行一次插拔检测信号、12V掉电检测信号以及事件检测信号的信息采集，之后所述第一GPIO接口向所述切换开关的控制引脚输出所述第一控制信号使得所述三相载波通信模块的A相过零检测信号端、B相过零检测信号端以及C相过零检测信号端接入电路。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该计算机指令被处理器执行时实现上述任意一项所述的检测方法。
与现有技术相比，根据本发明的三相载波通信模块的过零检测装置、方法及计算机存储介质，采用了4个GPIO硬件资源和最简单的软件流程解决三相网络基准时间和三个电平信号采集需求，既节约了GPIO资源，保证了采集的准确性，又不增加软件复杂度。
附图说明
图1是根据本发明一实施方式的三相载波通信模块的过零检测装置。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
图1是根据本发明一实施方式的三相载波通信模块的过零检测装置，其包括：PLC模组10和切换开关11。
PLC模组10包括GPIO1接口、GPIO2接口、GPIO3接口以及GPIO4接口。其中GPIO为通用输入输出接口。PLC为可编程逻辑控制器。
在本实施方式中，切换开关11采用了CD4053B芯片。其控制引脚INH与GPIO1接口相连，该切换开关11包括第一组二路模拟开关(
A)、第二组二路模拟开关(
B)、第三组二路模拟开关(
C)。
其中，第一组二路模拟开关的一路开关
连接三相载波通信模块的插拔检测信号端ax，第一组二路模拟开关的另一路开关(A)连接三相载波通信模块的A相过零检测信号端ay。
第二组二路模拟开关的一路开关
连接三相载波通信模块的12V掉电检测信号端bx，第二组二路模拟开关的另一路开关
连接三相载波通信模块的B相过零检测信号端by。
第三组二路模拟开关的一路
连接三相载波通信模块的事件检测信号端cx，第三组二路模拟开关的另一路(C)连接三相载波通信模块的C相过零检测信号端cy。
并且第一组二路模拟开关(
A)与GPIO2接口相连，第二组二路模拟开关(
B)与GPIO3接口以及第三组二路模拟开关(
C)与GPIO4接口相连。
其中，切换开关11的控制引脚INH输出第一控制信号使得三相载波通信模块的A相过零检测信号端ay、B相过零检测信号端by以及C相过零检测信号端cy接入电路；切换开关11的控制引脚INH输出第二控制信号使得三相载波通信模块的插拔检测信号端ax、12V掉电检测信号端bx以及事件检测信号端cx接入电路。其中，插拔检测信号、12V掉电检测信号、事件检测信号为三个电平信号。插拔检测信号用于检测三相载波通信模块插入和拔出的状态。12V掉电检测信号用于检测模块功能状态。事件检测信号用于检测通信模块所属的电表是否有时间发生。这些都是智能电网系统中重要且必要的信号源。
A相过零检测信号、B相过零检测信号以及C相过零检测信号端为单沿过零信号，用于采集三相的过零网络基准时间值。采用中断方式采集，通过上升沿来触发中断。
在本实施方式中，考虑到三相过零检测信号的上升沿到来每相之间有时间间隔(单沿采集为6.6ms的时延)，因此为了提高检测效率，在每相的过零网络基准时间检测之后立即进行电平信号的采集。
具体的检测方法包括：将GPIO2接口、GPIO3接口以及GPIO4接口的方向寄存器设置为输入，并设为中断有效；将GPIO1接口的方向寄存器设置为输出，并向切换开关11的控制引脚INH输出第一控制信号(高电平)使得三相载波通信模块的A相过零检测信号端ay、B相过零检测信号端by以及C相过零检测信号端cy接入电路；当A相过零检测信号端ay的中断信号到来时，采集A相位的过零网络基准时间信息；GPIO1接口向切换开关11的控制引脚INH输出第二控制信号(低电平)使得三相载波通信模块的插拔检测信号端ax、12V掉电检测信号端bx以及事件检测信号端cx接入电路；进行插拔检测信号、12V掉电检测信号以及事件检测信号的信息采集；GPIO1接口向切换开关11的控制引脚INH输出第一控制信号使得三相载波通信模块的A相过零检测信号端ay、B相过零检测信号端by以及C相过零检测信号端cy接入电路；当B相过零检测信号端by的中断信号到来时，采集B相位的过零网络基准时间信息；GPIO1接口向切换开关11的控制引脚INH输出第二控制信号使得三相载波通信模块的插拔检测信号端ax、12V掉电检测信号端bx以及事件检测信号端cx接入电路；进行插拔检测信号、12V掉电检测信号以及事件检测信号的信息采集；GPIO1接口向切换开关11的控制引脚INH输出第一控制信号使得三相载波通信模块的A相过零检测信号端ay、B相过零检测信号端by以及C相过零检测信号端cy接入电路；当C相过零检测信号端cy的中断信号到来时，采集C相位的过零网络基准时间信息。
考虑三相过零同时无法采集情况下的电平采集问题，在一实施方式中还增加了电平采集超时机制，包括：开启一个30ms的超时定时器，通过超时定时器周期性检测插拔检测信号、12V掉电检测信号以及事件检测信号的信息采集次数(即电平采集次数)是否发生变化，若没有变化，则GPIO1接口向切换开关11的控制引脚INH输出第二控制信号使得三相载波通信模块的插拔检测信号端ax、12V掉电检测信号端bx以及事件检测信号端cx接入电路，并且进行一次插拔检测信号、12V掉电检测信号以及事件检测信号的信息采集，之后GPIO1接口向切换开关11的控制引脚INH输出第一控制信号使得三相载波通信模块的A相过零检测信号端ay、B相过零检测信号端by以及C相过零检测信号端cy接入电路，重新切换至三相过零网络基准时间采集。
另外，根据本发明的实施方式，上文描述的检测方法可以被实现为计算机软件程序。例如，本发明的实施方式包括一种计算机程序产品，该计算机程序被安装在PLC模组10中，其包含用于执行上述检测方法的程序指令。
综上所述，本实施方式中利用三相过零信号和电平信号的特点，提出了独特的硬件切换方案，很好地实现GPIO有效共享，节省了GPIO资源。并通过最简单的软件流程实现了所需的功能，并且还充分考虑到可能的异常情况，提出了电平采集超时机制，保证了功能的完整性和正确性。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (4)
1.一种三相载波通信模块的过零检测装置，其特征在于，包括：
PLC模组，包括第一GPIO接口、第二GPIO接口、第三GPIO接口以及第四GPIO接口；以及
切换开关，其控制引脚与所述第一GPIO接口相连，所述切换开关包括第一组二路模拟开关、第二组二路模拟开关、第三组二路模拟开关，其中，所述第一组二路模拟开关的一路开关连接所述三相载波通信模块的插拔检测信号端，所述第一组二路模拟开关的另一路开关连接所述三相载波通信模块的A相过零检测信号端，第二组二路模拟开关的一路开关连接所述三相载波通信模块的12V掉电检测信号端，所述第二组二路模拟开关的另一路开关连接所述三相载波通信模块的B相过零检测信号端，所述第三组二路模拟开关的一路连接所述三相载波通信模块的事件检测信号端，所述第三组二路模拟开关的另一路连接所述三相载波通信模块的C相过零检测信号端，并且所述第一组二路模拟开关与所述第二GPIO接口相连，所述第二组二路模拟开关与所述第三GPIO接口以及所述第三组二路模拟开关与所述第四GPIO接口相连，
其中，所述切换开关的控制引脚输出第一控制信号使得所述三相载波通信模块的A相过零检测信号端、B相过零检测信号端以及C相过零检测信号端均接入电路；所述切换开关的控制引脚输出第二控制信号使得所述三相载波通信模块的插拔检测信号端、12V掉电检测信号端以及事件检测信号端均接入电路。
2.一种如权利要求1所述的三相载波通信模块的过零检测装置的检测方法，其特征在于，该检测方法包括：
将所述第二GPIO接口、所述第三GPIO接口以及所述第四GPIO接口的方向寄存器设置为输入，并设为中断有效；
将所述第一GPIO接口的方向寄存器设置为输出，并向所述切换开关的控制引脚输出所述第一控制信号使得所述三相载波通信模块的A相过零检测信号端、B相过零检测信号端以及C相过零检测信号端接入电路；
当A相过零检测信号端的中断信号到来时，采集A相位的过零网络基准时间信息；
所述第一GPIO接口向所述切换开关的控制引脚输出所述第二控制信号使得所述三相载波通信模块的插拔检测信号端、12V掉电检测信号端以及事件检测信号端接入电路；
进行插拔检测信号、12V掉电检测信号以及事件检测信号的信息采集；
所述第一GPIO接口向所述切换开关的控制引脚输出所述第一控制信号使得所述三相载波通信模块的A相过零检测信号端、B相过零检测信号端以及C相过零检测信号端接入电路；
当B相过零检测信号端的中断信号到来时，采集B相位的过零网络基准时间信息；
所述第一GPIO接口向所述切换开关的控制引脚输出所述第二控制信号使得所述三相载波通信模块的插拔检测信号端、12V掉电检测信号端以及事件检测信号端接入电路；
进行插拔检测信号、12V掉电检测信号以及事件检测信号的信息采集；
所述第一GPIO接口向所述切换开关的控制引脚输出所述第一控制信号使得所述三相载波通信模块的A相过零检测信号端、B相过零检测信号端以及C相过零检测信号端接入电路；以及
当C相过零检测信号端的中断信号到来时，采集C相位的过零网络基准时间信息。
3.如权利要求2所述的三相载波通信模块的过零检测装置的检测方法，其特征在于，所述检测方法还包括：
通过超时定时器周期性检测所述插拔检测信号、12V掉电检测信号以及事件检测信号的信息采集次数是否发生变化，若没有变化，则所述第一GPIO接口向所述切换开关的控制引脚输出所述第二控制信号使得所述三相载波通信模块的插拔检测信号端、12V掉电检测信号端以及事件检测信号端接入电路，并且进行一次插拔检测信号、12V掉电检测信号以及事件检测信号的信息采集，之后所述第一GPIO接口向所述切换开关的控制引脚输出所述第一控制信号使得所述三相载波通信模块的A相过零检测信号端、B相过零检测信号端以及C相过零检测信号端接入电路。
4.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于，该计算机指令被处理器执行时实现权利要求2-3任一项所述的方法步骤。
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